不同实验条件下氯化钙_氨吸附制冷管的性能分析

吸附制冷工质对在太阳能固体吸附式制冷技术的应用和研究现状何见明(华南师范大学广东广州510006)摘要太阳能固体吸附式制冷技术是一种新型节能环保技术，本文主要讲述了吸附制冷工质对在太阳能吸附式制冷技术的应用，以及其研究现状。

关键词吸附制冷工质对1 前言新能源和可再生能源经过多年的发展已经开始在世界能源供应结构中占据一席之地,受到各国政府的广泛重视 [1]。

资源、环境是人类面临的共同问题,由于氟利昂制冷剂的大量使用对大气臭氧层的破坏和大量化石燃料燃烧所造成的温室效应已开始威胁人类的生存和发展。

研究开发出对臭氧层无损耗、无温室效应而且可以利用低品位能源作为动力已成为当今制冷空调领域的研究热点[2]。

太阳能固体吸附式制冷技术是一种新型节能环保技术,采用对环境友好的自然工质对,能有效利用太阳能等低品位能源驱动,具有结构简单,操作维修方便,运行费用低,无运动部件、无噪音、抗震性好,能用于振动、旋转等场所 [2]。

吸附制冷工质对的性能是影响固体吸附式制冷系统性能、效率和成本的重要因素之一，是固体吸附制冷走向市场的关键。

2 太阳能固体吸附式制冷工作原理太阳能固体吸附式制冷原理:以某种具有多孔性的固体作为吸附剂,某种气体作为制冷剂,形成吸附制冷工质对,其中固体吸附剂是不流动的,而吸附介质是流动的。

在固体吸附剂对气体吸附物吸附的同时,流体吸附物不断地蒸发成可供吸附的气体,蒸发过程对外界吸热实现制冷;吸附饱和后利用太阳能加热使其解吸。

按照被吸附物与吸附剂之间吸附力的不同,吸附可分为物理吸附和化学吸附。

物理吸附是分子间范德华力所引起的,而化学吸附是吸附剂与被吸附物之间通过化学键起作用的结果,吸附与脱附过程都伴随有化学反应。

图1 为太阳能吸附式制冷系统示意图,一个基本的太阳能吸附式制冷系统主要包括吸附床(集热器) 、冷凝器、蒸发器和阀门。

其基本工作过程由吸热解吸和吸附制冷组成[1]。

白天吸附床被太阳能加热，制冷工质开始脱附，当制冷工质压力达到饱和压力时，进入冷凝器冷凝，冷凝下来的液体进入蒸发器。

吸附式制冷中对规整复合吸附剂的性能测试仝耀天;赵明;伏世民【摘要】随着新型制冷方式的发展,越来越多的学者专家开始投入到吸附式制冷的研究领域,在吸附式制冷中,吸附剂的传热性能是影响其效率的主要因素之一.为更好的制备规整复合吸附剂有必要对散状吸附剂进行研究.本文就散状吸附剂的性能进行测试分析,设计了一种既适用于散状吸附剂又适合规整复合吸附剂的吸附性能测试系统.同时,对GC、GC10、GC20、GC30、GC40五种规整的复合吸附剂进行了吸附性能测试实验.【期刊名称】《制冷》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】6页(P19-24)【关键词】吸附式制冷、;规整复合吸附剂、;散状吸附剂、;性能测试【作者】仝耀天;赵明;伏世民【作者单位】上海海事大学商船学院, 上海 201306;上海海事大学商船学院, 上海201306;上海海事大学商船学院, 上海 201306【正文语种】中文【中图分类】TQ424引言近些年，关于能源与环境的问题层出不穷，越来越多的新型制冷方式得到了人们的注意。

在各种新型制冷方式中，吸附式制冷技术吸引了研究者们越来越多的目光，它能够利用品位相对较低的热源且对环境没有很大的损害。

一方面，吸附式制冷采用的制冷剂是绿色制冷剂，核心是氨、水、甲醇；另一方面相比于吸收式制冷技术，吸附式制冷采用吸剂附是固体的，可以避免振动颠簸带来性能衰减，而且吸附式制冷技术对驱动热源温度要求更低。

在认识吸附式制冷技术优势的同时，也应该认识到，同吸收式制冷及气体压缩式制冷相比，吸附式制冷尚有很多不足之处：其单位制冷量太低导致系统体积庞大；能效比太低，导致余热利用成本偏大；吸附制冷工质对中吸附剂性能有很大衰减性问题，导致吸附式制冷系统不能持续稳定工作。

尽管吸附式制冷技术依然有很多问题，但其突显的优越性能依然促使全球越来越多的专家学者投入到对此类技术的研究中。

其中吸附剂对吸附效果影响甚大。

而本文先是对散式吸附剂进行了性能测试，又在参考了前人总结提出的吸附剂吸附性能测试方法的基础上设计了一种既适用于散状吸附剂又适合规整复合吸附剂的吸附性能测试系统。

32NH -SrCl 固体吸附式制冷系统分析K. NagaMalleswara Rao, M. Ram Gopal and Souvik Bhattacharyya印度理工学院机械工程部印度克勒格布尔 721302摘要基于固体吸附剂反应器（吸收器/发生器）的传热传质对SrCl2-NH3为工质的固体吸附制冷系统性能进行了分析。

瞬态的传热传质模型考虑了反应器壁和床层之间的反应器壁的质量和接触电导的影响。

对同一反应器内的理论结果及试验结果进行比较。

根据两个吸附器/发生器，冷凝器，膨胀阀和蒸发器的整个系统，分析了使用反应器的传热传质模型。

结果是在性能系数（COP ）和特定的冷却功率系数（SCP ）的条件获得的。

结果表明优化床层和运行参数，以便获得高的性能系数COP 和冷却功率系数SCP 。

显著影响系统的性能的有床层的厚度、冷源温度和宏观反应进程。

关键词 ： 固体吸附式制冷； SrCl 2–NH 3；传热传质；系统性能1引言固体吸附式制冷系统对环境是友好的，它们运行在低品位能源如废热或太阳能中。

基于制冷剂-吸附剂，对固体吸附式系统可以分为水-沸石系统、水-硅胶系统,甲醇-活性炭系统,氨-氯系统等。

与其他工作流体对相比，氨氯化物盐具有一定优势，比如由快速反应动力学导致的密实度、高放热反应、高工作温度范围、不结晶和各种各样的吸附剂都可用。

然而,类似于其他固体吸附式系统,运行氨氯化物吸附系统在本质上是循环的,提供最准确连续输出的。

由于操作的循环性质，盐(吸附剂)床交替的发生制冷和加热会导致发生额外的能量损失。

对于一个给定的冷却/加热输出系统，能量损失的大小取决于吸附剂的使用量。

在给定输出的情况下，为了减少所需盐的数量，吸附剂床层的传热传质特性必须大幅提高。

在正常的形式，具有吸附床层的有效导热系数非常低，过去一直努力提高这个值。

然而，提高有效导热系数一般涉及添加高导热惰性材料(如膨胀石墨)添加材料不参与氨的吸附，重要的是要对有效导热系数的优化。

第43卷第2期　2009年2月上海交通大学学报J OU RNAL OF SHAN GHA I J IAO TON G UNIV ERSIT YVol.43No.2　Feb.2009　收稿日期:2007212210作者简介:王　凯(19772),男,辽宁沈阳市人,博士生,主要研究方向为吸附制冷.吴静怡(联系人),女,教授,博士生导师,电话(Tel.):021*********;E 2mail :jywu @. 文章编号:100622467(2009)022*******氯化钙/膨胀石墨混合吸附剂的吸附特性王　凯,　吴静怡,　王如竹(上海交通大学制冷与低温研究所,上海200240)摘　要:将氯化钙与膨胀石墨相混合,利用膨胀石墨丰富的微孔来强化氯化钙的传质,可解决化学吸附剂吸附过程中由于结块现象而导致的性能衰减现象.氯化钙/膨胀石墨固化后可以提高吸附剂的体积制冷量,从而提高吸附制冷系统的制冷性能.对4种不同组分的氯化钙/膨胀石墨混合吸附剂的吸附性能进行测试,当蒸发温度为-10°C 时,固化混合吸附剂的体积制冷量比氯化钙高45%.关键词:吸附;制冷;氯化钙;膨胀石墨中图分类号:T K 172 文献标识码:AAdsorption Performance of CaCl 2/Expanded G raphite Compound AdsorbentW A N G Kai ,　W U J i n g 2y i ,　W A N G R u 2z hu(Instit ute of Ref rigeration and Cryogenics ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200240,China )Abstract :CaCl 2/expanded grap hite compound adsorbent is compo sed of CaCl 2and expanded grap hite.The agglomeration p henomenon happened in CaCl 2/N H 3adsorptio n p rocess will decrease t he adsorption capaci 2ty of CaCl 2.However ,wit h t he addition of expanded grap hite to t he CaCl 2,t he agglomeration p henome 2non is eliminated in t he compound adsorbent for abundant pore space inside t he expanded grap hite and vol 2umet ric cooling capacity of t he compound adsorbent is also enhanced.The volumet ric cooling capacity of t he consolidated compound adsorbent is 45%higher t han t he CaCl 2powder.Key words :adsorption ;ref rigeration ;calcium chloride ;expanded grap hite 氯化钙(CaCl 2)在与氨的反复吸附/解吸过程中会发生严重的结块现象,使得CaCl 2的吸附与解吸能力逐渐减弱.结块现象是指在CaCl 2颗粒吸附氨后与其周围的CaCl 2颗粒紧密相连而形成了一块没有孔隙的区域,使得其他的氨分子无法与位于该区域中心的CaCl 2发生反应.吸附剂若发生严重的结块现象将导致其吸附性能大大减弱.许多研究人员通过实验证明复合/混合吸附剂可以提高化学吸附剂的传质能力并且可以有效地防止结块现象的发生.Aristov 等[1]将CaCl 2与中孔硅胶复合后可有效防止由于结块现象而导致的传质性能下降问题.Dellero 等[2,3]研究了3种活性炭纤维与CaCl 2的复合吸附剂,其中编号为GFIC 的复合吸附剂(由氯化锰浸渍P120型炭化活性炭纤维而成)不但反应非常迅速而且也避免了结块现象发生.Mauran 等[4]对固体吸附热泵中所使用的膨胀石墨与金属氯化物混合固化吸附剂进行了优化,并申请了相关专利.Han 等[5]研究了应用于化学热泵的多孔石墨块的物理特性.Yushi Hirata 等[6]报道了一种将细粒CaCl 2与膨胀石墨混合的方法,通过这种方法可以提高化学热泵反应速度.Guilleminot 等[7]将膨胀石墨与分子筛制成混合吸附剂,Eun 等[8]将膨胀石墨与硅胶制成混合吸附剂.Wang[9,10]等将CaCl2与活性炭固化后制成复合吸附剂,经实验测试后发现在CaCl2中添加活性炭可以提高低蒸发温度条件下的传质能力;同时,与CaCl2相比复合吸附剂的单位体积制冷量可以提高35%以上.本文研制一种新型膨胀石墨2CaCl2混合吸附剂,通过将CaCl2与膨胀石墨相混合,利用膨胀石墨丰富的微孔来强化CaCl2的传质,可解决化学吸附剂长期使用中由于结块现象而导致的性能衰减现象.由于采用了固化加工方法,使得混合吸附剂的体积制冷量有了较大提高.1　实验系统描述1.1　C aCl2/膨胀石墨混合吸附剂的制备CaCl2/膨胀石墨混合吸附剂的制备过程为:①将可膨胀石墨放入加热炉中加热到300°C并持续3h;②将所得到的膨胀石墨与水按比例混合,再加入无水CaCl2并充分搅拌均匀;③将混合物放入模具后上液压机压缩成块(若配制散状混合吸附剂则无此步骤);④将混合吸附剂放入加热炉加热至120°C持续2h,并将水分完全烘干.本文一共制作了5种吸附剂,通过实验来比较各种吸附剂的吸附性能,5种吸附剂如下(其中样品2～5的膨胀石墨的质量分数为25%):样品1,无水CaCl2;样品2,散状CaCl2/膨胀石墨(50目)混合吸附剂;样品3,散状CaCl2/膨胀石墨(80目)混合吸附剂;样品4,固化CaCl2/膨胀石墨(50目)混合吸附剂;样品5,固化CaCl2/膨胀石墨(80目)混合吸附剂.采用美国Micromeritics公司生产的ASA2010吸附仪对样品1、2、4、5的孔隙结构参数进行了测量,测量结果包括吸附剂的比表面积、比体积和平均孔径等.表1为采用氮气吸附法(ASA P2010吸附仪)实验得出的混合吸附剂的比表面积S BET、比体积v T和采用BJ H法实验测试的平均孔径r.表1　混合吸附剂的氮气吸附实验的孔隙参数T ab.1　R esults of nitrogen adsorption isotherms forcomposite adsorbents样品S BET/(m2・g-1)v T/(mm3・g-1)r/nm吸附解吸1 1.584612.62853.657424.65822 1.687313.798 3.087230.41764 1.33447.09128.424223.99975 1.2684 6.88941.955427.60431.2　吸附剂吸附性能测试本文采用与文献[11]中相同的实验系统,因此只做简单介绍.图1中吸附剂的实验装置主要包括两部分:吸附床和冷凝器/蒸发器.吸附床吸附时通过冷水循环来冷却,解吸时通过电加热器加热导热油来加热.冷凝器/蒸发器的温度通过低温恒温箱控制乙醇溶液的温度来控制.吸附量的测量主要是通过磁致伸缩液位传感器对冷凝器/蒸发器中液位的测量实现.磁致伸缩液位传感器通过测量脉冲发生器起始脉冲与终止脉冲之间的时间差确定被测液体液位.所选液位计量程为300mm,最大相对误差仅为0.05%.加热油箱的温度控制由控制箱实现.铠装铂电阻所测得的温度数据以及液位计所测的电流数据(可以按线性公式转换为液位)全部由数字电压表记录采样后传输到计算机中.图1　吸附剂吸附性能实验装置[9]Fig.1　Testing unit for adsorption performance2　结果与讨论2.1　散状混合吸附剂的吸附性能为了使实验能在统一的工况下进行,将吸附床的温度控制在40°C,氨蒸发压力为430kPa.图2所示为样品1～3的吸附性能曲线.图中,x为吸附量,计算公式为x=ρN H3V N H3m=ρN H3F ec(L s-L e)m(1)式中:x为每千克吸附剂所吸附的制冷剂的质量,即吸附量;ρN H3为氨的密度;V N H3为氨在蒸发/冷凝器图2　吸附性能实验Fig.2　Adsorption performance in the repeated experiments272上　海　交　通　大　学　学　报第43卷　中的体积的变化值;F ec为蒸发/冷凝器的内部氨液所对应的有效截面积;L e为吸附/解吸过程中氨的液位;L s为蒸发/冷凝器中氨的初始液位;m为吸附剂的质量.实验中每次吸附时间为10h,当连续5次所测得吸附量偏差小于0.1,可以认为吸附剂的吸附性能趋于稳定.由图2可见,由于各个样品的吸附时间相同并且首次吸附量没有达到饱和,3种样品的吸附量在前3次实验中呈上升趋势,样品2、3的吸附性能曲线较为相似,却与样品1的曲线相差较大.样品2、3的吸附量在第4次实验后趋于稳定,但是样品1的吸附量在第4次实验后却开始衰减,直到第10次实验后才达到稳定状态.由图2还可见,样品1出现了比较严重的吸附量衰减,第10次实验所得的吸附量要比第2次实验的减少12%.而样品2、3的吸附量衰减小于5%.经过15次吸附/解吸过程后,添加了膨胀石墨的CaCl2的吸附量要比没有添加膨胀石墨的CaCl2(样品1)的吸附量高10%,在实验结束后,将吸附床拆开以查看导致吸附性能衰减的原因.实验后的吸附剂如图3(a)、(b)所示.尽管3种样品中CaCl2的质量相同,但是样品2、3与样品1截然不同.经过多次吸附/解吸后样品1产生了严重的结块和膨胀现象,这使得其牢牢地嵌在两片翅片之间很难分离;而样品2、3还是呈散状.样品2、3的SEM图像(见图3(c)、(d))显示膨胀石墨占据了大部分空间形成了骨架一般的结构,CaCl2在吸附过程中体积膨胀或在解吸过程中体积收缩时,都紧(a)样品1(b)样品2(c)样品2的SEM图像(d)样品3的SEM图像图3　吸附剂扫描电镜图像Fig.3　SEM photos of adsorbents紧贴附在膨胀石墨上.由此可知,将膨胀石墨与CaCl2混合可以有效地减弱或消除CaCl2在吸附过程中的结块现象. 在图2中,样品2中的CaCl2的吸附量要高于样品1的吸附量.这是因为样品2的S BET和v T要大于样品1的值(见表1).在同等质量的条件下,比表面积和比体积大的吸附剂可以和更多的吸附质发生化学反应,从而提高了混合吸附剂内氯化钙的吸附量.2.2　固化混合吸附剂的吸附性能在饱和蒸发压力为190、240、290、350、430及520kPa(对应饱和蒸发温度t ev=-20,-15,-10,-5,0,5°C)的条件下进行等压吸附实验,并在1170和1560kPa的条件下进行解吸,固化混合吸附剂样品4的吸附性能如图4所示.图中,t ad为吸附温度.由图可见,各条等压曲线在转折点处的吸附量都接近0.8,这说明在饱和压力降低的情况下,样品4并不存在严重的传质恶化问题.图4　样品4的吸附/解吸等压曲线Fig.4　Adsorption and desorption isobars of sample4 将混合吸附剂样品4中CaCl2的吸附量与样品1(全部是CaCl2)的吸附量进行对比,对比结果如图5所示.由图5可见,样品4中CaCl2的吸附量要小于样品1的吸附量.这是由于混合吸附剂压缩固化后,传质的微通道变得狭窄.对样品1通过B ET法图5　样品1、4中CaCl2的吸附量比较Fig.5　Ref rigerant mass f raction of CaCl2insample4and sample1372　第2期王　凯,等:氯化钙/膨胀石墨混合吸附剂的吸附特性 测得的r 、v T 分别为31.876nm 和12.628mm 3/g ;样品4通过B ET 法测得的r 、v T 分别为21.254nm 和7.091mm 3/g.以上实验结果显示,混合吸附剂在压缩固化后,平均孔径和比体积都比压缩前减少,这也是导致样品4中CaCl 2的吸附量低于样品1的吸附量的原因. 等压吸附条件下,样品1、4的体积制冷量Q s 对比如图6所示.体积制冷量的定义为Q s =Δx ・m ・h TV a(2)式中:Δx 为在一定的饱和温度下吸附剂的循环吸附量;h T 为氨的蒸发潜热,kJ ・kg -1;V a 为吸附剂体积.t ev >-10°C 时,样品4的Q s 要比样品1的高45%;当t ev <-10°C 时,样品4的Q s 要比样品1的高45%.图6　样品1、4的体积制冷量Fig.6　Q s of sample 1and sample 43　结　论通过对5种混合吸附剂的吸附性能实验,得到以下结论:(1)在CaCl 2和混合吸附剂的吸附性能实验中,混合吸附剂的吸附量在第4次实验后趋于稳定,而CaCl 2出现了严重的吸附性能衰减和结块现象,第10次实验测得的吸附量要比第2次实验的吸附量减少12%.(2)散状混合吸附剂具有较好的吸附性能,这是因为其中的膨胀石墨具有丰富的微孔结构,强化了CaCl 2的传质,并可以解决CaCl 2与氨长期吸附/解吸过程中出现的结块现象.(3)由于混合吸附剂压缩固化后,传质的微通道变得狭窄,使得固化混合吸附剂的吸附性能低于散状混合吸附剂.但是固化混合吸附剂具有较高的体积制冷量.当蒸发温度为-10°C 时,固化混合吸附剂(样品4)的体积制冷量比氯化钙(样品1)高45%以上.参考文献:[1]　Aristov Y I ,Tokarev M M ,Freni A ,et al .Selectivewater sorbents for multiple applications.12.Water sorption equilibrium at elevated temperature [J ].R e 2action Kinetics and C atalysis Letters ,2002,76(2):2952301.[2]　Dellero T ,Sarmeo D ,Touzain P.A chemical heatpump using carbon fibers as additive.Part I :En 2hancement of thermal conduction [J ].Applied Ther 2m al E ngineering ,1999,19(9):99121000.[3]　Dellero T ,Sarmeo D ,Touzain P.A chemical heatpump using carbon fibers as additive.Part II :Study of constraint parameters [J ].Applied Therm al E ngi 2neering ,1999,19(9):100121011.[4]　Mauran S ,Prades P ,L ′Haridon F.Heat and masstransfer in consolidated reacting beds for thermo 2chemical systems [J ].H eat R ecovery Systems &CHP ,1993,13(4):3152319.[5]　Han J H ,Cho K W ,Lee K H ,et al .Porous graph 2ite matrix for chemical heat pump s 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,2003,37(7):102321026.472上　海　交　通　大　学　学　报第43卷　。

氨吸收余热制冷制冷技术相关资料一、产品特点尾气、余热制冷机组是一种新型的节能、环保制冷设备，尾气、余热为驱动源通过氨水吸收制冷方式来实现制冷。

通过氨水吸收制冷机组热冷转换，废气热量重新得到有效的利用，大大节约能源消耗，显著增加经济效益和社会效益。

余热制冷机组的特点有：1、使用寿命长。

机组由多台换热设备组成，除1台小功率溶液泵外无其它的运动部件。

制冷工质采用全封闭运行方式，制冷液永无泄漏。

机组维护简单、使用方便，寿命较压缩机制冷机组约长一倍以上。

2、使用安全可靠。

机组内设有各种保护装置，在运行中如出现故障机组具有能自动报警、停机、复位等功能。

机组停用时整个系统会自动恢复到无压状态。

3、节约能源显著。

以1台小时制冷量为2万大卡（23KW）为例，采用压缩式制冷机组需要的耗电功率为11kW，而采用尾气、余热制冷机组需要耗电功率仅为1.1kW，仅为压缩式制冷机组耗电功率的12%左右。

4、机组采用先进的PLC控制技术，真正实现了“一键开机”和自动控制运行。

并设有过热、超压等安全保护，在间接制冷系统中，不冻液温差检测延时开停，完全保证机组安全正常运行。

二、氨吸收制冷技术㈠原理吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。

浓氨水溶液在发生器中被加热，分离出一定流量的冷剂蒸气进入冷凝器中，冷剂蒸气在冷凝器中被冷却，并凝结成液态；液态冷剂经过节流降压，进入蒸发器，在蒸发器内吸热蒸发，产生冷效应，冷剂由液态变为气态，再进入吸收器中；另外，从发生器流出的稀溶液经换热器和节流降压后进入吸收器，吸收来自蒸发器的冷剂蒸气，吸收过程产生的浓溶液由循环泵加压，经换热器吸热升温后，重新进入发生器，如此循环制冷。

氨水吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害；以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热（采暖）的双重目的。

1996年7月Journal of Dalian University of Technology Jul.1996氨水吸收式制冷循环的分析与改进徐士鸣(大连理工大学动力工程系　116024) 袁　一(大连理工大学化工学院　116024)摘要　通过对影响氨水吸收式制冷循环因素的定性和定量分析,了解这些因素变化如何影响制冷循环的COP值,以及如何控制这些因素的变化使制冷循环的COP值达到最大;并指出完全回收制冷循环的精馏热可使循环的COP值有较大幅度的提高.其分析结果可为今后制冷系统的优化设计提供帮助.关键词:氨水;吸收制冷;循环分类号:TB6160　引 言为了保护大气的臭氧层,目前一些常用的氟利昂系列制冷剂的使用已开始受到控制,并逐渐地被禁止使用,或由其他物质的制冷剂替代.因此,在当前的世界制冷业中,一方面正在积极研究C FC的替代物质;另一方面也把注意力转到其他方式的制冷循环上.节约能源、保护环境已越来越受人们的重视,研究如何利用直接排放到大气环境中去的余热和废热,采用吸收式制冷循环进行制冷,提高吸收式制冷循环的性能系数(CO P),减小制冷设备的体积,对加快CFC代用进程、节约能源具有重要的现实意义.许多生产行业(如炼油、石油化工、化肥、食品加工、轻工纺织等)在其生产过程中,不仅需要一定的冷量,而且还有大量的低品位余热排出.如果能利用这部分排向环境中去的余热,采用吸收式制冷来满足这类企业生产时所需的冷量,就能节约大量的能源,降低生产成本.目前最为常用的吸收式制冷系统为溴化锂吸收式制冷系统和氨水吸收式制冷系统.前者制冷温度由于受到制冷剂的限制,不能低于5℃,一般仅用于空调;后者的制冷温度范围非常大(+10～-50℃),不仅可用于空调,而且更重要的是可用于0℃以下的普通制冷场合.因此,在工业余热制冷系统中,氨水吸收式制冷系统明显地优于溴化锂吸收式制冷系统.但传统的氨水吸收式制冷系统,因其系统中的设备多,体积大,钢材消耗量大,制冷循环的COP值较低,而在我国应用得不多.如何克服氨水吸收式制冷系统的缺点,提高氨水吸收式制冷系统的COP值,是在我国推广应用氨水吸收式制冷系统进行余热制冷的关键所在.国家自然科学基金资助项目　收稿日期:1995-10-31;修订日期:1996-05-10　徐士鸣:男,1957年生,副教授1　影响氨水吸收式制冷系统COP 值因素的定性分析〔1〕图1　单级氨水吸收式制冷循环流程传统的单级氨水吸收式制冷循环如图1所示.制冷循环在单位时间内每制取1kg 冷剂在发生器中所消耗的热量为q f =h ″5-h ′2+f (h ′2-h 1a )+q h(1) 按吸收式制冷循环的性能系数(COP )的定义COP =q z /(q f +3600W p )≈q z /q f(2) 由于在制冷温度一定的情况下,单位质量的冷剂制冷量q z 是一定值,要提高氨水吸收式制冷循环的CO P ,就必须降低q f .而由式(1)可知,q f 的大小是取决于系统的循环倍率f 及精馏热q h 的大小.按循环倍率的定义f =(Y ″5-Y ′a )/(Y ′r -Y ′a )(3) 由于经过精馏后的氨蒸汽浓度Y ″5是一定值(一般取Y ″5=99.8%),f 的大小取决于制冷循环中浓溶液浓度Y ′r 与稀溶液浓度Y ′a 之差ΔY(称放气范围).增大ΔY 可使循环倍率f 降低,q f 随之减少,制冷系统的COP 值增大;反之,减小ΔY,f 和q f 都将增大,使制冷循环的COP 值减小;当ΔY =0时,吸收制冷循环将无法进行.因此,ΔY 的变化对氨水吸收式制冷循环的COP 值有很大的影响,这样可通过对ΔY 影响因素的定性分析和研究,去寻找提高氨水吸收式制冷循环COP 的途径和方法.1.1　稀溶液温度t 2当制冷系统的蒸发温度t z 和冷却水温度t w 不变时,如果出发生器的稀溶液温度t 2升高,则Y ′a 减小,ΔY增大;其结果使制冷系统的循环倍率f 减小,制冷循环的COP 值增加.对于像蒸汽类的恒温热源,t 2的提高,意味着加热热源温度的提高.而对于像废气余热类的变温热源,t 2的提高,不是意味着回收热量的减少,就是意味着换热面积的增加.1.2　制冷剂蒸发温度t z当冷却水温t w 和t 2保持不变时,t z 降低,蒸发器内的蒸发压力下降,吸收器内的吸收压力也随之下降.其结果使吸收终了的溶液浓度Y ′r 降低,ΔY 减小,f 增大,制冷系统的COP降低.反之,当t z 升高时,则可改善制冷系统的COP .因此,对于利用热源温度较低的余热氨水吸收式制冷系统,在可能的情况下尽量采用直接致冷方式,减小致冷温差,以提高冷剂的蒸发温度和蒸发压力,这不仅可改善制冷系统的COP 值,更重要的是蒸发压力提高后有利于氨的吸收过程,吸收器的体积可以缩小.1.3　冷却水温t w 当t 2、t z 和冷凝器及吸收器传热温差恒定时,t w 的变化将对冷凝器和吸收器的工况产生446大连理工大学学报 第36卷　影响.当t w 降低时,冷凝温度t 1和与之相应的冷凝压力p 1也随之降低,从而使得发生器内的压力p f 也随之降低,发生终了的稀溶液浓度Y ′a 降低,ΔY增大,制冷系统的CO P 值提高.对吸收器而言,当t w 降低时,吸收终了的溶液浓度Y ′r 提高,ΔY 增大,并使q h 减小,制冷系统的性能得到改善.因此冷却水温的变化对氨水吸收式制冷循环有较大的影响.从上述对氨水吸收式制冷循环进行定性分析中可以发现,影响氨水吸收式制冷系统COP 值的主要因素有t 2、t w 、t z 和吸收压力p x .但在实际应用的制冷系统中,t z 和t w 是受外界条件所制约的.在制冷系统的设计中可以改变的仅有p x 和t 2,而提高p x 就必须设置前置式升压装置〔2〕,在很多情况下不易做到.因此,一般只能通过改变t 2来改善氨水吸收式制冷系统的COP .但提高t 2就必须提高加热热源的温度,t 2是否越高越好需进行定量计算才能分析.2　影响氨水吸收式制冷系统COP 值因素的定量分析为了深入了解上述对氨水吸收式制冷系统性能系数影响较大的因素综合变化时,对制冷循环COP 的影响,就必须对制冷循环进行热力计算.通过对这些因素的变化计算所得的制冷循环COP 值变化曲线的定量分析,可全面了解当t z 、热源温度t f (与之相对应的是t 2)、t w 同时发生变化时对氨水吸收式制冷循环COP 值的影响及COP 的变化范围,并找出相应的解决方法.制冷循环的热力计算程序按文献〔2〕所给出的氨水吸收式制冷循环热力计算方法编制,调用文献〔3〕所述的氨水溶液热力参数计算程序进行计算.计算中所用到的各参数取值为:Y ″5=99.8%;计算蒸发温度t *z =t z -Δt z ,Δt z = 2.5℃;冷凝器冷端温差Δt 1=8℃;发生器与冷凝器之间的压力降Δp f =0.01M Pa;发生终了稀溶液与恒温热源的温差Δt 2=t f -t 2=10℃;蒸发器与吸收器之间的压力降Δp z =0.03M Pa ;吸收器冷端温差Δt 3=6℃;溶液热交换器冷端温差Δt 3=10℃;精馏效率Z j =0.7;t w 分别为25℃和32℃;恒温热源温度变化范围t f =80～140℃;冷剂蒸发温度的变化范围t z =+10～-25℃.图2　t f 、t z 变化对COP 的影响 图3　t f 、t z 变化对q x 的影响图2～5分别为氨水吸收式制冷循环COP 、吸收热q x 、放气范围ΔY及精馏热q h 随t z 、t w 和447　第4期 徐士鸣等:氨水吸收式制冷循环的分析与改进448大连理工大学学报 第36卷　恒温热源温度t f变化的计算汇总曲线.从图2中可见,当t z和t w不变时,随着t f的增加,开始制冷循环的COP值迅速上升,而后逐渐减缓并出现极值,过该极值点后循环的COP值反而随t f的增加而渐渐降低.因此,对于氨水吸收式制冷循环,当制冷温度和冷却水温度一定时,并不要求出发生器的稀溶液有过高的温度.其原因是,在氨水吸收式制冷循环中氨的冷凝热与蒸发热几乎相等,热损失最大的是吸收热.从图3中可见,在上述条件下,随着t f的增加, q x开始急剧下降,而后逐渐减缓.q x下降到低点后随t f的增加有所上升,因此反映在制冷循环的COP曲线上就出现如图2中的现象.这一结论对利用余热制冷的系统尤为重要,在系统的设计中过分强调提高出发生器的稀溶液温度,会使传热温差减小,可回收利用的余热量减少或使发生器的换热面积增大,对制冷系统的设计带来不利的影响.图4　t f、t z变化对ΔY的影响 图5　t f、t z变化对q h的影响将图2与图4对照,在ΔY≤0.1范围内,随ΔY的增加制冷循环的COP值迅速上升.而在0.1≤ΔY≤0.2范围内,随ΔY的增加CO P值上升减缓,并在该区域内出现极值,然后渐渐下降.因此,过分强调增大制冷循环的ΔY是不必要的,只要0.1≤ΔY≤0.15(制冷系统的循环倍率f约在8～ 5.5范围内),制冷系统就能获得较为满意的COP值.从图2中还可看到,冷剂蒸发温度和冷却水温度对COP值的影响较大.冷剂蒸发温度越低,冷却水温度越高,出发生器的稀溶液温度也要求高,所需要的加热热源温度也相应提高,但COP值却降低.其主要原因是,当冷剂蒸发温度降低、冷却水温度提高时,q h大为增加(见图5),使制得单位质量冷剂的耗热量q f增大,CO P值减少.因此,当要求的制冷温度较低及冷却水温度又较高的情况下,就需要对传统的单级氨水吸收式制冷循环进行改进,通过采用回收精馏热的方法来提高COP值.3　回收精馏热对氨水吸收式制冷循环COP的影响如上所述,当制冷温度较低而冷却水温度又较高时,为了提高COP值就需要考虑回收精馏热.其方法为将出吸收器的浓溶液经溶液泵加压后分出一部分作为回流冷凝器或分凝器的冷却流体来回收精馏热.此时,单位质量冷剂所需的浓溶液分流量g 必须满足条件:g ≥q h /(h ′1-h 4a )(5)流经溶液热交换器的浓溶液吸热量为q r =(f -g )(h 1a -h 4a )=0.97(f -1)(h ′2-h 2a )(6) 这样,经过对发生器能量平衡计算后,得到回收精馏热后每制得1kg 冷剂在发生器内所消耗的热量为q f =h ″5-h ′2+f (h ′2-h 1a )+g (h 1a -h 4a )(7) 在上述条件下,当循环倍率f 较小时浓溶液在溶液热交换器内会发生汽化现象,这时可将溶液热交换器看作是一台二级发生器,在溶液热交换器的设计中必须考虑到浓溶液在热交换器内发生沸腾的情况.当浓溶液在溶液热交换器内发生沸腾时,出溶液热交换器的浓溶液处于汽液两相状态.组成此汽液两相的液体和气体状态点h ″1a 、h ′1a 、a ″1a 、Y ′1a 需要采用迭代计算才能确定.而当汽液两相流体进入精馏塔时,其回流冷凝器的回流比将发生变化.R 0=(Y ″5-Y ″1a )/〔(Y ″1a -Y ′1a )Z j〕(8)q h 0=h ″1a -h ″5+R 0(h ″1a -h ′1a )(9) 由上两式可知,当浓溶液在溶液热交换器内发生沸腾时,精馏热会发生变化,随之浓溶液分流量g 发生变化,流经溶液热交换器的流量(f -g )改变,出溶液热交换器的浓溶液状态发生变化,反过来又影响精馏热.因此,当浓溶液在溶液热交换器内发生沸腾时,在对精馏热进行迭代计算过程中,还需对出溶液热交换器的浓溶液状态进行迭代计算,使之收敛到某一定值.因此,当浓溶液在热交换器中发生沸腾时,出热交换器的两相流体热力参数的计算过程是一双重迭代的计算过程.　图6　回收精馏热后t f 、t z 变化对CO P 的影响图6为回收精馏热后,制冷循环COP 值随热源温度t f (或出发生器的稀溶液温度t 2)、冷剂蒸发温度t z 和冷却水温度t w 变化的曲线.从图中可见,在同一热源温度下,当其他条件不变时,COP 值均比不回收精馏热时有所提高,而且冷剂蒸发温度越低,冷却水温度越高,回收精馏热后COP 值提高得越多.这是因为制冷循环的精馏热q h 是随冷剂蒸发温度的降低,冷却水温度和出发生器稀溶液温度的提高而迅速增长(见图5).比较图2和图6,回收精馏热后COP 曲线明显高于未回收精馏热时的CO P 曲线.在所计算的范围内,回收精馏热后COP 值最大相对提高幅度为23.79%(t f =140℃,t w =32℃,t z =-15℃)和27.40%(t f =140℃,t w =25℃,t z =-25℃).由此可见,当制冷温度较低而冷却水温度较高时,回收制冷循环的精馏热对提高COP 值是非常有利的.449　第4期 徐士鸣等:氨水吸收式制冷循环的分析与改进450大连理工大学学报 第36卷　4　结 论(1)对于传统的氨水吸收式制冷循环,由于受到氨水这一制冷工质的限制,无论怎样调整制冷循环的热力参数,在正常的制冷温度和冷却水温度范围内其制冷循环的COP值不可能超过0.7.而且随着制冷温度的降低,冷却水温度的提高,COP值还要进一步降低.(2)尽管氨水吸收式制冷系统的COP值不高,但在一定的系统设计条件下还有提高其COP值的可能,尤其是对于有限热量的余热制冷系统,如何提高CO P值,使回收的单位热量能制得最多的冷量是至关重要的.(3)在氨水吸收式制冷系统的设计中应尽可能提高冷剂的蒸发温度,降低冷却水温度和冷凝温度,减少管道阻力损失,提高吸收压力,回收循环的精馏热;在此基础上选择最佳的出发生器的稀溶液温度,是氨水吸收式制冷系统最优设计的关键所在.参　考　文　献1　杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之七性能与流程.流体工程,1990,18(3):56～632　制冷工程设计手册编写组.制冷工程设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1978.5843　徐士鸣,袁　一.N H3/H2O溶液热力参数表达式的推导与程序编制.流体机械,1995,23(2):55～59Analysing and improving of ammonia-water absorptionrefrigeration cycleXu Shiming Yuan Yi(Dept.o f Po wer Eng ineering,D U T) (Scho ol of Chemical Eng ineering,DU T)Abstract　By analy sing the va riation of facto rs w hich affect ammo nia-w ater absorptio n re-frigeratio n cycle's COP,how to affect the cycle's COP due to the v ariatio n of the factors and how to co ntrol these factors to m ake the cycle's CO P higher a re know n.That the cycle's COP can be increased larg ely by retrieving the fractio nal distilatio n heat is pointed o ut.The results obtained can help to desig n the refrig era tion system.Key W ords:am mo nia-wa ter;a bsorptio n refrigeration;cycle。

1、吸附式制冷的吸附剂--制冷剂工质对有哪些?1。

1理想工质对：吸附制冷工质对应该满足以下的几点要求：（1)吸附容量大;(2)制冷剂的蒸发潜热大，工质对的吸附热小；(3）吸附剂的吸附对温度的变化敏感;（4）吸附等温线比较平坦;（5)具有良好的导热性和扩散性;（6)整个系统能够处于正压的操作;(7）工质对要有良好的化学稳定性以及热稳定性;(8)制冷剂要求无毒性、无腐蚀性、无污染;(9）来源容易，价廉易得、1。

2现有工质对吸附剂一般为固体介质，物理吸附常使用分子筛-水、活性炭-甲醇、活性炭-氨等制冷工质对,（分子间范德华力）化学吸附常使用氯化钙-氨、氯化镍—氨、金属氢化物等制冷工质对.（化学键作用）①以活性炭为吸附剂活性炭一甲醇、活性炭一氨、活性炭-—乙醇、活性炭——水、活性炭——R11、活性炭—R12、活性炭一R22、活性炭--R113、活性炭——R114、活性炭一R318等；②以沸石分子筛为吸附剂沸石分子筛一水、沸石分子筛一氨、沸石分子筛一甲醇、沸石分子筛—-R11、沸石分子筛—R12、沸石分子筛-R22、沸石分子筛-R114等;③以硅胶为吸附剂硅胶—水、硅胶—-甲醇、硅胶一二氧化硫、硅胶一丙酮、硅胶—乙醇、硅胶-二乙基胺；④以无机盐为吸附剂氯化钙一氨、氯化锶一氨、硫氰酸钠——氨、氯化银一氨、氯化锰一氨等。

（化学吸附）2、物理式吸附的特点是什么,在暖通空调行业的应用有哪些？物理吸附是借助分子间力，吸附力弱，吸附热小(8～20kJ/mol)，接近于气体的液化热,且是可逆的,无选择性，分子量越大越容易发生,吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快,可单分子层或多分子层吸附，不需要活化能。

制冷工质对：分子筛-水、活性炭-甲醇、活性炭—氨等2。

1以活性炭为吸附剂的工质对优点：活性炭具有非极性的表面,为疏水性和亲有机物的吸附剂，具有高度多孔结构，大比表面积。

它的吸附容量大，解吸容易,化学稳定性和热稳定性好，长期操作后仍能基本保持原有的吸附性能，已被广泛应用。

氯化钙—氨吸附式制冷的实验研究段龙;孙文哲;韩笑生;缪宝龙;迟翠华【摘要】在以氯化钙-氨为工质对的两床吸附式制冷系统上进行了实验研究,得出了不同热源温度下,以氯化钙-氨为工质对的连续循环制冷系统的制冷量、性能参数COP随时间的变化关系.所得结果可为进一步的实验研究和工程设计提供指导.【期刊名称】《低温与特气》【年(卷),期】2013(031)002【总页数】4页(P6-9)【关键词】氯化钙-氨;化学吸附;制冷性能【作者】段龙;孙文哲;韩笑生;缪宝龙;迟翠华【作者单位】上海海事大学,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TB66环境与能源问题是当今世界发展面临的两大问题，节约能源及开发应用清洁环保型能源是工程技术能源利用的方向。

吸附式制冷所具有的环保和节能等特性，使其有望成为替代传统的压缩式制冷的技术之一，有着广阔的应用前景［1］。

国内外的研究工作主要集中在以沸石－水和活性炭－甲醇工质对为典型的物理吸附式制冷过程上，对于化学吸附式制冷的研究却不多。

丹麦Worsde-schmidt［2］、尼日利亚的 Iloeje［3］和国内林贵平［4］、陈砺［5］、余禹辉［6］等采用氯化钙－氨工质对进行了化学吸附式制冷研究，但其实验装置均采用间歇式制冷的方式。

本文采用氯化钙－氨作为工质对，建立了两床连续循环吸附制冷系统，并对其性能进行了初步实验研究，为进一步的理论研究和工程设计提供了依据。

本系统建立在上海市水产科学院渔业机械仪器研究所实验中试基地，利用实验基地中的热风炉加热或者柴油机余热加热进行制冷。

1 实验装置及方法氯化钙—氨吸附式制冷系统如图1所示，实验系统由两个吸附床、蒸发器、冷凝器、节流阀、储液器、电加热炉、冷却风机、连接管路及附属部件组成。

吸附床采用内外翅片单元管的形式，加热空气和冷却水从管外流过，管内充填氯化钙对氨进行吸附或脱附。

冷凝器和蒸发器均采用板式换热器增强换热。

实验过程中，利用电加热热风炉对系统进行加热，解吸态床吸收烟气热量向冷凝器排放高温高压的制冷剂蒸气，吸附态床则吸附蒸发器中低温低压的蒸气并向冷却水放出热量，由于吸附剂在吸附一定量制冷剂后会达到饱和状态而失去吸附能力，因此两个床在传感器、单向阀、电磁阀的作用下交替进行解吸和吸附过程，使循环连续运行。